汽轮机调节

第一节 汽轮机调节的基本概念

一、调节系统的基本工作原理及组成

汽轮发电机组的运转状态，直接取决于作用在其转子上的力矩之间的关系。若不计摩擦，则作用在汽轮发电机转子上的力矩有两个：一个是由蒸汽膨胀推动转子旋转的作用力矩Mr，其值随进汽量的增加和进汽参数的提高而增大；另一个是由发电机电磁场产生的阻止转子旋转的作用力矩Md,其值随电负荷的增加而增大。当汽轮发电机组的输出功率满足用户的正常需要时，上述力矩相对平衡，即Mr＝Md，转速保持恒定，汽轮机处于稳定工况（或称平衡工况）。但这种工况只是暂时的，因为外界负荷随时在变动。当外界负荷以某一稳定工况为基点而减小时，Md,减小，若Mr仍维持不变（即进汽量和进汽参数不变），则原有的平衡关系被破坏，Mr＞Md，作用力矩在克服反作用力矩之后还有剩余，在此剩余作用力矩

作用下，转速上升。反之，外界负荷增加，Mr＜Md，转速下降。

由上可见，满足用户耗电量需要即维持上述力矩平衡，是保证转速一定的先决条件。调节系统要将转速的变化保持在一较小的规定范围之内，首先应该在平衡关系破坏时，及时改变汽轮机进汽量（或进汽参数），重新建立平衡，恢复稳定工况。其次，平衡破坏引起转速变化，即转速变化标志着平衡被破坏，因此，调节系统完全可以将转速变化作为原平衡破坏的信号，并将根据这个信号去完成调节过程。

汽轮机调节系统的型式很多，最常见的有全液压式调节系统、半液压

式调节系统两种。

第二节 汽轮机的保安装置

为了保证汽轮机设备的安全，防止汽轮机遇到事故或异常状态时，发生设备损坏事故，除了要求调节系统动作可靠以外，还必须具备必要的保安装置，避免造成设备损坏或事故扩大。大功率的汽轮机上一般都装有两个危急遮断器及轴向位移、润滑系统的低油压保护等保安装置。

一、超速保护装置——危急遮断器及危急遮断油门

汽轮机是在高速下运转的，其转动部件的工作应力和转速有着密切的关系，因为离心力的增加正比于转速的平方，当转速升高时，由于离心力所造成的应力将会迅速增加，例如，当转速升高20％时，应力就接近于额定转速时的1.5倍。象叶轮等紧力配合的转动部件的松动转速通常也是按额定转速的120％设计的，因此，转速升高到一定数值将会导致汽轮机的损坏，这就是安装超速保护装置的原因。一般危急遮断器的动作转速为额定转速的109～112％。若变速汽轮机其动作转速为最高运行转速108～111％。

危急遮断器动作时，自动关闭主汽门，危急遮断器根据结构特点分为二类：飞环式和飞锤式。

不论是离心飞锤式还是飞环式危急遮断器，都有一个准确的击出转速，在此转速前，飞锤（或飞环）被弹簧压住不能飞出，当达到击出转速时，飞锤离心力大大增加，克服弹簧压力而迅速飞出。另外还有一个复位转速，其为动作之后汽轮机转速降低到某转速时，飞锤在弹簧力作用下回到原来位置的转速，一般复位转速都在额定转速上、下附近，但也有的规定低于额定转速的5％。

一般的危急遮断器在击出时的力为10～20公斤力，个别的也有5公斤力，撞击子的行程为4～6毫米。

由于危急遮断器在汽轮机运行时是静止不动的，动作是否可靠必须通过试验才能判定，通常的试验方法：

（1） 手动试验：动作危急遮断器油门，看主汽门是否关闭（在静止状态试验）。 （2） 超速试验：开动汽轮机到危急遮断器动作转速。 在下列情况下必须进行试验： （1） 新安装机组； （2） 调节保安装置拆装后； （3） 运行2000小时后； （4） 停机一个月后再启动。

超速试验一般情况下试验三次，每次动作转速相差不超过0.6％。 二、自动主汽门

主汽门的作用是在汽轮机保护系统跳闸以后迅速切断汽源，并使汽轮机停止运行。为了保证安全，要求自动主汽门动作迅速并能关闭严密，在正常进汽参数和排汽压力情况下，主汽门关闭后，（调节汽阀全开）汽轮机转速应该能够降低到1000转/分以下，自汽轮机保护系统跳闸到主汽门完全关闭的时间通常要求不大于0.5～0.8秒。

自动主汽门主要由下面零件组成：如油缸、活塞、控制手轮、弹簧、阀杆、阀碟、阀壳等。

其工作原理是：当正常工作时，靠高压油的压力顶住活塞并克服了弹簧的张力，从而维持阀碟全开，使蒸汽能通畅地进入汽轮机。一旦当保安系统任意一个保安装置动作时，切断了进入主汽门的高压油，同时泄掉活塞下高压油，使活塞失去了顶托力，并靠压缩弹簧的张力，迅速地使活塞向下移动并带动阀杆、阀碟，使阀碟紧压在阀座上，因此切断了进入汽轮机的汽源，而达到了自动停机的目的。

三、轴向位移遮断器 在汽轮机运行中，如果由于某种原因造成轴向推力过大时，将会使推力轴承的巴氏合金熔化，此时汽轮机转子就产生不允许的轴向位移，致使动静部分摩擦，导致严重的设备损坏事故。因此，在功率稍大一点的汽轮机上都装有轴向位移的测量、报警和自动保护装置，当轴向位移超过正常工作范围达到一定数值时，先发出警报讯号，当轴位移继续增加到某一危险的数值时，保护装置动作，主汽门迅速关闭，切断汽源，迫使汽轮机停机。

四、磁力断路油门

磁力断路油门，它是由牵引电磁铁与滑阀等组成的二位三通电磁阀，在正常情况下，电磁阀是断电状态，往主汽门去的高压油处于通畅状态，当任何需要停机的电器联锁信号（如油压过低，轴承油温过高，油箱油位过低等）接通时，使电磁阀通电并使滑阀上移，将高压油通路切断，主汽门活塞下油泄掉，自动关闭主汽门而停机。

五、汽轮油泵自启动装置 为了保证轴承安全工作，防止轴承润滑油油压过低而使供油中断，造成轴承损坏的严重

事故，调节系统中还装有汽轮油泵自启动装置，它在油压下降到低于允许数值后就自动动作，使汽轮油泵投入工作，保证轴承的润滑与冷却。

汽轮油泵自启动装置还可以在油压恢复正常后，自动关闭汽轮油泵的进汽阀门，使汽轮油泵停止运转。

第三节汽轮机的供油系统

油系统一般由主油泵、辅助油泵、油箱及冷油器、注油器等主要设备组成。 一、主 油 泵

主油泵由汽轮机主轴直接带动，在汽轮机正常运行时，它供给机组各部分用油，主油泵出口的高压油一路供给调节和保安系统，另一路供给注油器。注油器出口一路进主油泵入口，另一路经过滤油器、冷油器至各轴承，如果要使各轴承分配油量合理，可以在各轴承处加节流孔板，一般要求润滑油压在0.6～1.2公斤/厘米2之间。

当转速为6500转/分，流量为300～500升/分时，主油泵进出压差约为6～7公斤/厘米2

，可保证调节油路系统的正常运行。

二、辅 助 油 泵

在小功率汽轮机常用汽轮油泵、手摇油泵作为辅助油泵，在电源比较可靠的企业常采用电动油泵作为辅助油泵，它的作用是，当汽轮机启动以前或是在汽轮机启动过程主油泵尚不能投入工作时，或在汽轮机停机，惰走阶段供给调节保安以及润滑系统用油。

三、注 油 器

为了提高油循环系统的效率在中小容量的机组上采用单注油器，在大容量的机组中还采用双注油器，有的是串联，也有的采用并联结构，。

四、冷 油 器

冷油器是用以降低润滑油温的表面式热交换设备。 五、滤 油 器

滤油器是油系统中的油净化装置，无论是调节保安用油还是各轴承用油都必须进行过滤，以保证各部分的正常工作。

滤油器应该满足以下三个条件：

（1）过滤精度：滤油器的过滤精度一般要求网孔孔径为0.05毫米，最好是0.025毫米； （2）有足够的过滤面积，足够的过滤面积可以有最小的阻力损失； （3）方便清洗：为了保证滤油精度，在运行过程中必须进行清洗，（一般在阻力损失△

2

p达到0.2公斤/厘米时应该清洗）为此滤油器应该能够切换，能在运行中清洗。

第四节 调节系统的调整及故障清除

一、调速系统的调整

当通过试验发现调节系统某些性能不符合要求，或者运行中发现某些缺陷时，常需对调节系统各部分进行必要的调整。

1．配汽机构及油动机行程调整： （1）调节汽阀重叠度（△）：

调节汽汽阀顺序开始时，应有适当的重叠度；

PP0△ ＝0100%

P0式中：P0——汽阀前的压力

''P0——后一汽阀打开时，前一汽阀后压力。

一般要求相邻两阀开启时的重叠度应在10％左右，若在实际运行中，发现机组调节系统在某负荷区有不正常摆动或通过试验发现调节系统静特性曲线个别区有过陡或过平现象，则必须对调节汽阀重叠度进行检查调整。例如有一机组第二汽阀打开时第一个汽阀前后压力分别为1.18MPa和1.06MPa，其节流压降为0.12MPa，基本在要求的范围10％内，这个数字是正确的。

（2）油动机行程调整

静止时，按厂家提供的图纸进行调整，先把油动机向上拉足，即使汽阀全部关死，然后收紧油动机拉杆，当汽阀拉杆开始移动时，用钢皮尺量出图上规定的空行程数字，然后将油动机拉杆用拼紧螺母拼死即可。否则在低参数、高背压时机组无法发足额负荷。 2．二次脉冲油压的调整

在汽轮发电机组达到额定转速后，二次油压若不合乎要求，可以用错油门顶部调整螺丝进行调整，达到规定的数值（一般为3.5公斤/厘米2）

3．同步器上、下限的调整

（1）改变压力变换弹簧的预紧力。增加垫片厚度，弹簧预紧力增加，下限转速升高，同步范围同时往上移；垫片减薄，弹簧预紧力降低，下限转速也降低，同步范围同时往下移。

（2）改变错油门弹簧预紧力。弹簧紧力增大，二次脉冲油压上升，转速也上升，同步器上下限上移。

（3）改变油动机或调节汽阀拉杆长度。增大拉杆长度后，使同一负荷所对应的转速降低了，相应同步器上下限下移了；反之缩短拉杆长度，同步器的上下限将上移。因此，改变油动机货调节汽阀拉杆长度也成为调整同步器上下限手段之一。但须注意，在采取此项调整措施时，必须保证油动机富裕行程能满足最低要求。

4．速度变动率的调整

（1）改变压力变换器上部弹簧刚度。

（2）改变压力变换器脉冲油窗口的宽度。增加宽度，可使速度变动率减小。反之，减小窗口宽度可使速度变动率增大。

（3）改变油动机反馈窗口的宽度，增加宽度使速度变动率增大。减小宽度，速度变动率相应要减小。

（4）改变调节汽阀的重叠度，增加重叠度（或减小调节汽阀的空行程）。可使速度变动率减小。反之，减重叠度，可使速度变动率增大。

二、故障消除

1．汽轮机组不能维持空转：

（1）可能是同步器工作范围调整得不当引起，使空转转速偏高，以及迟缓率过大造成空负荷转速摆动。

（2）调节汽阀关闭不严，可能使油动机与调节汽阀的连杆传动关系不正确，这将导致当油动机已达关闭位置，调节汽阀尚未关闭，形成漏气；错油门、油动机及调节汽阀等的部件发生卡涩；阀门在阀座处因积聚或落入杂物而关闭不严；传动杠杆的铰链发生松脱；阀碟与阀座因研磨不佳使接合不严而漏入蒸汽；或蒸汽室壁有砂眼或缝隙等。

2．调节系统的摆动

调节系统摆动指：汽轮机单独运行时，转速摆动；并列运行时，负荷摆动；各连接机构产生的摆动，以及由此而影响到的调节汽阀的窜动。摆动现象可分为三种类型，（1）连续摆动；（2）在一定负荷区域内的摆动；（3）运行方式变换时有较大的摆动。其主要原因是：错油门重叠度不合适，调节汽阀的重叠度不当，错油门因油质不好发生磨损、结垢、使溢油不

畅，液压调节系统中油压的波动、离心油泵工作不稳定，调节系统连接机构的连接零件的松动，速度变动率过小、静态特性曲线过于平缓等而产生负荷摆动。

3．调节系统的迟缓率过大，将使调节系统的动作严重地滞后于转速的变化。这种现象使单机运行地机组转速发生很大的摆动，及甩负荷时超速，改进措施为及时清洗，提高油质，改进结构等。

4．速度变动率调整的途径很多，现就其主要因素分析如下：

（1）改变压力变换器上部弹簧地刚度C：当弹簧刚度增大时，调节系统的速度变动率便增大。反之，减少弹簧地刚度，便可使速度变动率减小。

（2）改变压力变换器脉冲油的泄油窗口的宽度b1：增加宽度b1可使调节系统的速度变动率减小。反之，宽度减小，速度变动率增大。

（3）改变油动机反馈窗口宽度b2 ：增加反馈窗口宽度b2将使调节系统速度变动率增大。反之，减小窗口宽度，调节系统速度变动率减小。

(4)改变脉冲油压：增加系统的脉冲油压，可降低调节系统的速度变动率。反之，减小脉冲油压，可增加速度变动率。